輕集料混凝土保溫砌塊在建筑保溫節能中的應用研究

范義東

(廣西桂林地建建設有限公司，廣西 桂林 541001)

砌塊是一種用于砌筑的人造塊材，形狀多樣，以直角六面體最為常用[1]。依據砌塊的主規格高度大小，可將砌塊分成三種類型：小型、中型和大型砌塊。用輕集料混凝土制成的砌塊稱為輕集料混凝土砌塊。而輕集料混凝土保溫砌塊的制成原理如下：采用爐渣和混凝土等材料作為混凝土中的骨料，采用水泥作為膠結材料，同時摻加粉煤灰、外加劑和水制備而成[2]。近年來，輕集料混凝土保溫砌塊被大量的應用到建筑保溫節能設計中。

EPS(再生)輕集料混凝土保溫砌塊則是在骨料中加入了發泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,簡稱EPS)。聚苯乙烯顆粒的優點在于密度很低、保溫隔熱效果好，將聚苯乙烯加入到輕集料混凝土砌塊的制作當中，能夠使砌塊擁有隔聲、抗震、造價低、導熱系數低和綠色環保等優點[3]。本文研究輕集料混凝土保溫砌塊在建筑保溫節能中的應用，在輕集料混凝土保溫砌塊制作中加入了EPS材料，從而提高建筑保溫、節能效果。

1 輕集料混凝土保溫砌塊的應用研究

1.1 設計思路

依據住房和城鄉建設部門提出的“薄墻體、高保溫、節地和節材”的理念，以300、250 mm塊型的外墻為基準，結合某地區建筑外墻的要求，將公用建筑和民用建筑外墻的平均傳熱系數分別規定為≤0.8 W/(m2·K)和≤0.6 W/(m2·K)。混凝土砌塊產品的設計要求包括3個方面：

(1)滿足砌體保溫隔熱的需求；

(2)砌塊的隔聲、硬度和容重等功能滿足相關設計指標；

(3)在施工的過程中，考慮施工過程的便捷易行以及產品防火、防災和減災等要求。

由于EPS材料保溫效果好、容重輕，因此，EPS材料也成為了建筑工程領域應用較為廣泛的的保溫材料，利用EPS作為保溫材料是當下節能外墻常用的保溫技術之一。但是，EPS也存在一個最大的缺點，即容易燃燒，一旦煙頭或其他有火花的東西濺到EPS表面，極易引發火災，造成建筑使用者的財產損失，甚至危害其生命安全[4]。

為此，本研究將EPS和輕集料無機材料相結合，所構建的輕集料混凝土保溫砌塊存在一個夾芯。該砌塊結合了EPS材料保溫效果好等的優點，也彌補了EPS材料易燃的不足，使得輕集料混凝土保溫砌塊不僅能夠實現建筑的防火減災，還能夠有效滿足建筑保溫節能的要求。

1.2 生產原料、工藝及尺寸

1)生產原料

將水泥作為輕集料混凝土砌塊的原材料。砌塊的主要骨料為爐渣、粉煤灰、混凝土砌塊等。在產品成型和養護后，依據冷橋阻斷原理，將EPS加入到砌塊保留的空洞里，從而產生一個輕集料混凝土和EPS的夾芯保溫材料，這樣不僅能起到減災防火的作用，還能夠有效提高結構保護和節能隔熱的效果[5]。

2)生產工藝

利用QT8-15型全自動砌塊成型機對EPS輕集料混凝土保溫砌塊進行加工生產，生產工藝流程如圖1所示。

圖1 砌塊生產工藝流程示意圖

3)配合比設計

表1所示為EPS輕集料混凝土保溫砌塊配合比統計結果，用水量則需依據實際成型要求現場調節。

依據砌塊養護期強度和干容重，在表1所示的4組配合比生產中，最符合砌塊研究要求的只有第1組配合比設計，能夠同時達到輕質和高強的目標[6]。

表1 每立方米EPS輕集料混凝土保溫砌塊配合比

4)產品規格尺寸

砌塊產品規格尺寸如表2所示。

表2 砌塊產品規格尺寸

1.3 建筑保溫節能應用實現

將上述設計的EPS輕集料混凝土保溫砌塊應用在建筑外墻砌筑過程中。圖2所示為外墻砌體施工圖，其施工工藝流程包括6部分，分別為：超平放線、制備和鋪設砂漿、砌塊砌筑、校正、勾縫和自檢。

圖2 外墻砌體施工圖

(1)依據施工現場天氣干燥程度和水分蒸發速度，用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑墻體時可適當的灑些水淋濕砌塊表面[7-8]。由于只有小型磚塊能夠安放腳手架洞眼處，因此，采用小型磚塊進行鋪底。在砌筑時，為了方便小磚和梁同時帖砌輕集料保溫板來隔擋冷熱橋，小磚塊要和柱或剪力墻平齊。砌塊下的小磚是丁磚受力，且在采用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑小磚以上的填充墻時，要向外凸出一定厚度的保溫材料[9-11]。這一過程中，還要求填充墻與剪力墻現澆復合保溫板后的外平面平齊，且梁柱熱橋部分粘貼EPS輕集料水泥保溫板后外平面應平齊，灰縫厚度在8～12 mm。

(2)當砌筑到外墻頂端時，將小磚外側和梁外側面保持平齊，梁板柱處帖砌EPS輕集料水泥保溫板時也應與砌小磚處貼合，從而隔擋冷熱橋[12]。

(3)利用增加構造柱的方式處理內墻和外墻不同材料搭接處的縫隙，即勾縫。勾縫過程需要依據不同的砌塊類型獨立設立拉結筋，且當內外墻交接處較繁瑣且交接處沒有構造柱時，需利用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌砌筑交接處的內墻，同時在內墻貼近外墻的位置增加構造柱，其寬度應大于或等于115 mm。

在比較寒冷的地區利用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑墻體時，普通混凝土小型空心砌塊要做3.5～4.5 cm的外保溫層[13-15]。EPS輕集料混凝土保溫砌塊的保溫、隔音性能好優于普通混凝土，且其熱阻大、無需保溫砂漿過程，可以在寒冷地區廣泛應用。

在完成EPS輕集料混凝土保溫砌塊設計后，將該成品用于遼寧省沈陽市F區三期某學生宿舍。該宿舍總建筑面積是37 033 m2，外墻厚度是280 mm，共6層。在外墻的構建上，整體利用輕集料混凝土保溫砌塊，主要構建方式為：厚膩子涂料和厚防水層均為2.8 mm，厚水泥砂漿、厚保溫砌塊和厚混合砂漿分別為17.8、218和18 mm。表3為該建筑墻體的詳細熱工計算。

表3 墻體熱工計算

由表3可知，EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑的墻體熱阻可達到0.864 m2·K/W，符合國家標準規定的寒冷地區的墻體熱阻值。

2 實驗與分析

為了驗證本研究設計的輕集料混凝土保溫砌塊在建筑保溫節能中的應用效果，設計如下實驗加以驗證。

實驗測試的工具為：熱電偶、熱流計、溫度熱流巡回檢測儀和仿真計算機。實驗過程如下：選擇遼寧省沈陽市F區三期某學生宿舍為研究對象，對宿舍樓的墻體溫度展開了為期7天的測試，每隔25 min實行一次數據的采集并及時記錄。保溫體系測試結果如圖3～圖5所示。將記錄的溫度和熱流量傳遞給仿真計算機進行實時計算，從而獲得墻體內外表面的最大溫差平均值，依據獲得的平均值得到墻體的熱工參數，如表4所示。

表4 墻體的熱工參數

圖3 保溫墻體各層間的界面溫度實測曲線

圖4 保溫墻體各層之間的溫差曲線

圖5 墻體傳熱系數和時間的變化關系

分析圖3可知，在7天的測試中，墻體外表面溫度保持在25～40 ℃，墻體外側砂漿和砌塊之間的界面溫度保持在25～38 ℃，墻體內側砂漿和砌塊的界面溫度保持在25～35 ℃，墻體內表面的溫度維持在25 ℃左右。分析圖4可知，內外墻體表面之間的溫差在0～15 ℃，墻體外砂漿層和砌塊之間的溫差在0～13 ℃，墻體內砂漿層和砌塊間的溫差在0～10 ℃。由此可以看出，墻體各層之間存在一個最大平均溫差值，大約為12.67 ℃。根據這個最大平均溫差值得出墻體傳熱系數和時間的變化值如圖5所示。分析圖5可知，墻體傳熱系數和時間的變化之間存在一定的規律性，變化區間在1～6 W/(m2·K)。

分析表4可知，由EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑的墻體的傳熱系數是0.795 8 W/(m2·K)，該值小于國家規定的公用建筑外墻的平均傳熱系數≤0.8 W/(m2·K)，且墻體的熱阻值是0.873 m2·K/W，符合國家建筑節能65%標準要求，說明本研究設計的輕集料混凝土保溫砌塊能夠有效實現建筑保溫節能的目的。

為突出驗證本文設計方法的應用效果，對比本文方法和傳統的基于模塊化建造的建筑圍護結構保溫節能方法的保溫效果，并對墻體展開為期了7天的溫度測試，對比結果如圖6所示。

圖6 不同方法下墻體溫度對比結果

分析圖6可知，應用本文方法后，建筑物墻體溫度變化幅度小于基于模塊化建造的建筑圍護結構保溫節能方法，且本文方法下墻體的溫度值高于基于模塊化建造的建筑圍護結構保溫節能方法。由此可以說明本文設計的輕集料混凝土保溫砌塊具有更好的保溫效果，有效實現了建筑保溫。

依據遼寧省產品市場定額信息，結合實驗建筑墻體信息，分析墻體材料的用量、墻體材料賣價、墻體材料總價、輕集料混凝土保溫材料用量、輕集料混凝土保溫材料賣價、輕集料混凝土保溫材料總價和保溫建筑主材總價，并分析本文方法和基于模塊化建造的建筑圍護結構保溫節能方法在實際應用中的經濟效益，結果如表5所示。

表5 不同方法保溫建筑主材價格對比

分析表5可知，在相同墻體面積的情況下，比較混凝土保溫建筑主材總價可知，輕集料混凝土保溫建筑主材總價比基于模塊化建造的建筑圍護結構保溫節能方法少22 442.58元。由此可知，在建筑節能保溫設計中，使用輕集料混凝土保溫砌塊的價格更為經濟實惠，也說明了本文方法的經濟效益更高。

3 結 語

本文在原料中加入了EPS材料，從而設計了EPS輕集料混凝土保溫砌塊，加強了材料的保溫效果，也提高了輕集料混凝土保溫砌塊的熱阻和隔音效果。與此同時，EPS輕集料混凝土保溫砌塊還起到了維護建筑結構穩定和節能隔熱的效果，符合國家建筑保溫節能的要求。因此，可將該種輕集料混凝土保溫砌塊應用在建筑保溫節能領域，從而提高建筑設計的經濟性和環保性。